Задание: Уважаемые студенты, напишите конспект в рабочих тетрадях по тем темам, которые в вашей группе были еще не пройдены.
ЭДС источника. Закон Ома для полной цепи
1 Пусть два шарика А и В заряжены, причем Потенциал шарика А больше потенциала шарика В (
).
Если эти шарики соединить проводником АаВ, то по нему пойдет ток, который скоро прекратится, т.к. потенциалы шариков станут равными. Чтобы ток существовал долгое время необходимо поддерживать постоянную разность потенциалов, т.е. все время пополнять заряды. Для этого надо заряды тела В обратно перемещать в тело А. Но на участке ВвА зарядам придется перемещаться против электрических сил. Такое перемещение могут совершить только сторонние силы (не электрической природы). Эти силы должны совершать работу по перемещению зарядов, на что затрачивается энергия.
Электродвижущая сила (ЭДС) – это работа сторонних сил при перемещении единичного положительного заряда вдоль всей цепи.
(1)
ЭДС – это причина возникновения и поддержания тока в цепи.
Пусть цепь состоит из источника энергии и нагрузки.
По закону сохранения энергии ЭДС равна сумме падений напряжений на внешнем и внутреннем участках цепи:
(2) – закон Ома для полной цепи.
R – внешнее сопротивление;
r – внутреннее сопротивление источника.
При коротком замыкании внешнее сопротивление стремится к 0, тогда ток короткого замыкания:
(3)
2 Рассмотрим пример решения задачи: ЭДС источника 15 В. Если к данному источнику присоединить нагрузку сопротивлением 3 Ом, то в цепи потечет ток 4 А. Вычислить ток короткого замыкания.
| Дано: | Решение: |
E = 15 B
I = 4 A
R = 3 Ом
| Ток короткого замыкания: 
Найдем внутреннее сопротивление источника, используя закон Ома для полной цепи: 
Ответ: ток короткого замыкания равен 20 А.
|
Тепловое действие электрического тока. Закон Джоуля-Ленца. Мощность электрического тока
1 В проводнике электрическое поле действует на свободные заряды, которые приходят в упорядоченное движение. Следовательно, электрическое поле совершает работу. Эту работу называют работой тока.
Работа электрического поля:
,
заряд
.
Из формул (1) и (2) получаем работу тока:
A = U I t (3).
2 Мощность тока – работа, совершаемая током за 1 секунду.
Подставим формулу (3) в (4):
P = U I (5)
P – мощность тока
Из формулы (4) получаем еще одно выражение для работы:
A = P t (6)
Используя закон Ома, получаем
3 КПД источника
4 При протекании тока по проводнику происходит его нагревание.
Сталкиваясь с ионами металлического проводника, электроны передают им свою энергию. При этом возрастает инертность колебаний ионов около положения равновесия.
Чтобы вычислить энергию, затраченную на нагревание проводника, нужно знать падение напряжения на данном участке:
U = I R (11)
Т.к. работа тока определяется формулой (3), то с учетом формулы (11), получаем:
По закону сохранения энергии работа тока будет равна количеству теплоты, передаваемое проводником с током в окружающее пространство: A = Q.
Поэтому
Формула (12) выражает закон Джоуля - Ленца.
5 Рассмотрим пример решения задачи: В бытовой электроплитке, рассчитанной на напряжение 220В, имеются две спирали сопротивлением 80,7Ом каждая. С помощью переключателя в сеть можно включить одну спираль, две последовательно соединенные спирали или две параллельно соединенные спирали. Найти мощность в каждом случае.
| Дано: | Решение: |
| U = 220В R = 80,7Ом P -? | В каждом случае будет разное общее сопротивление спиралей, а напряжение будет одинаковым. Поэтому для расчета мощности можно воспользоваться формулой:
 .
В случае одной спирали:
Если спирали соединены последовательно, общее сопротивление будет равно 80,7∙2=161,4Ом, тогда мощность равна
Если спирали соединены параллельно, общее сопротивление будет равно 80,7/2=40,35Ом, тогда мощность равна
Ответ: 600Вт, 300Вт, 1200Вт.
|